Гидролиз солей

Гидролиз - это обменное взаимодействие между частицами вещества, растворенного в воде и молекулами растворителя (воды).

Гидролизу могут подвергаться как органические, так и неорганические вещества. Наиболее практически важен гидролиз солей.

Любая соль является сильным электролитом, поэтому в водном растворе она существует только в виде ионов - катионов основного остатка и анионов кислотного остатка. Отсюда следует, что гидролиз соли сводится к обменному взаимодействию между ионами (катионами или анионами) и молекулами воды. Различают 3 случая гидролиза; гидролиз по катиону, гидролиз по аниону и совместный гидролиз по катиону и аниону одновременно.

А. Гидролиз по катиону

Гидролиз по катиону имеет место только в том случае, если в результате его протекания в растворе появляются частицы слабых электролитов (слабые основания или их основные остатки - гидроксокатионы). Так, например, сульфат натрия Na₂SO₄ не подвергается гидролизу по катиону (NaOH - сильный электролит), в то время как сульфат меди (II) CuSO₄ гидролизуется по катиону.

При переходе в водный раствор CuSO₄ полностью распадается на ионы:

CuSO₄ = Cu⁺² + SO

Далее идет гидролиз иона Сu⁺² по двум ступеням (первая ступень - гидролиз самого иона Cu⁺², а вторая ступень - гидролиз его гидрокатиона):

I ступень гидролиза: Cu⁺² + H₂O CuOH⁺ + H⁺.

II ступень гидролиза: CuOH⁺ + H₂O Cu(OH)₂ + H⁺

Cуммарное уравнение: Cu⁺² + 2H₂O Cu(OH)₂ + 2H⁺

Данные уравнения написаны в ионном виде. Можно написать и молекулярные уравнения гидролиза, хотя эта форма записи носит формальный характер, так как гидролиз соли - ионное взаимодействие:

I ступень: 2CuSO₄ + 2H₂O (CuOH)₂SO₄ + H₂SO₄

II ступень: (CuOH)₂SO₄ + 2H₂O Cu(OH)₂ + H₂SO₄ .Суммарное уравнение: CuSO₄ + 2H₂O Cu(OH)₂ + H₂SO₄ .

Из рассмотренного примера следует, что при гидролизе по катиону cреда всегда становится кислой (рН < 7). Исходя из принципа Ле-Шателье можно сделать вывод о том, что гидролиз по второй ступени протекает значительно слабее, чем по первой. Так как гидролиз уже по первой ступени в большинстве случаев является процессом маловыраженным (равновесие смещено влево), то во многих случаях вторую (и последующие) ступени гидролиза не учитывают. По этой же причине при слабом гидролизе довольно бессмысленным является и суммарное уравнение.

Следует обратить внимание на тот факт, что гидролиз по сути является реакцией, обратной нейтрализации (взаимодействие между кислотой и основанием). Любая реакция нейтрализации является экзотермическим процессом. Поэтому обратная ей реакция (гидролиз) всегда эндотермична. Из-за этого любой гидролиз усиливается при нагревании раствора и ослабляется при его охлаждении.

Б. Гидролиз по аниону

Анионы подвергаются гидролизу только в том случае, если в результате реакции образуются частицы слабых электролитов (слабые кислоты или их кислотные остатки - гидроанионы). Подобно гидролизу по катиону, гидролиз по аниону является процессом обратимым, причем равновесие в большинстве случаев заметно сдвинуто влево.

Для примера рассмотрим гидролиз карбоната натрия, который при переходе в водный раствор диссоциирует по уравнению:

Na₂CO₃ = 2Na⁺ + CO

Далее идет гидролиз по 2 ступеням (в ионном виде):

I cтупень: CO + H₂O HCO + OH^-

II ступень: HCO + H₂O H₂CO₃ + OH^-

Суммарное уравнение: CO + 2H₂O H₂CO₃ + 2OH^-

То же самое в молекулярном виде:

I ступень: Na₂CO₃ + H₂O NaHCO₃ + NaOH

II ступень: NaHCO₃ + H₂O H₂CO₃ + NaOH .

Cуммарное уравнение: Na₂CO₃ + 2H₂O H₂CO₃ + 2NaOH

Главный вывод: при гидролизе по аниону среда всегда становится щелочной (рН > 7).

Все остальные рассуждения аналогичны тем, что были приведены при рассмотрении гидролиза по катиону:

1) вторая и последующие ступени протекают значительно слабее первой.

2) нагревание всегда усиливает любой гидролиз, а охлаждение - ослабляет.

В. Совместный гидролиз

В отличие от двух предыдущих случаев, совместный гидролиз является процессом, равновесие которого сильно смещено вправо. Часто гидролиз такого типа является даже практически необратимой реакцией.

Для протекания совместного гидролиза необходимо, чтобы в растворе одновременно находились гидролизующиеся катионы и гидролизующиеся анионы. Такая ситуация может возникнуть в 2 случаях:

a) если соль слабого основания и слабой кислоты растворить в воде (такое встречается нечасто, т.к. подавляющее большинство таких солей в воде растворимы очень плохо);

б) если смешать растворы двух солей, один из которых содержит гидролизующиеся катионы, а второй - гидролизующиеся анионы.

Соли слабых оснований и кислот, подвергающиеся полному гидролизу можно найти в таблице растворимости - они там обозначены прочерками. (Внимание: прочерк может соответствовать так же не существующему соединению, например СuJ₂).

Рассмотрим явления, имеющие место при растворении силиката олова (II) SnSiO₃ :

SnSiO₃ = Sn⁺² + SiO

Cтупени	Гидролиз по катиону	Гидролиз по аниону
I	Sn+2 + H2O SnOH+ + H+	SiO + H2O HSiO + OH-
II	SnOH+ + H2O Sn(OH)2 + H+	HSiO + H2O H2SiO3 + OH-

В ходе гидролиза по катиону в растворе появляются избыточные ионы водорода, а при гидролизе по аниону - избыточные гидроксоанионы. Эти ионы практически мгновенно вступают в реакцию нейтрализации:

H⁺ + OH^- = H₂O

За счет реакции нейтрализации равновесие всех четырех реакций гидролиза резко смещается вправо (по принципу Ле-Шателье). В результате совместный гидролиз данной соли протекает практически необратимо, с образованием кремниевой кислоты и гидроксида олова (II):

SnSiO₃ + 2H₂O = Sn(OH)₂¯ + H₂SiO₃¯

Подобные процессы происходят, если смешать растворы AlCl₃ и Na₂CO₃. После смешивания в растворе начинается совместный гидролиз (ионов Al⁺³ и CO ), который приводит к выделению углекислого газа (разложение угольной кислоты) и появлению осадка гидроксида алюминия.

2Al⁺³ + 3CO + 3H₂O = 2Al(OH)₃ ¯ + 3CO₂­

2AlCl₃ + 3Na₂CO₃ + 3H₂O = 2Al(OH)₃¯ + 3CO₂­ + 6NaCl